高標準農田建設滴灌工程設計探討

陶 濤

（新疆昌吉方匯水電設計有限公司,新疆 昌吉 831100）

新疆位于我國干旱地區,水資源比較匱乏,農業用水成為了當地急需解決的問題。做好農田灌溉工程,能有效節約水資源。農業滴灌作為一種現代化高效節水的灌溉技術,在高標準農田建設中發揮著非常重要的作用。滴灌是一種新型的低壓節水灌溉技術,利用專門設計的小口徑管道配合內鑲式滴頭,將水和養分準確地供給農作物,高效地利用了水資源。特別是在水資源十分短缺的新疆,大力推廣應用滴灌技術顯得十分迫切。為此,本文以新疆沙灣縣高標準農田建設項目中滴灌工程設計進行分析。

1 工程概況

新疆沙灣縣高標準農田建設項目新建高標準農田25462畝,實施23 個滴灌系統。根據項目區的地形特點,將原有的條田進行集中連片,根據地形劃分系統,能引用地表水的盡量引用地表水,新建沉砂池23 座。項目區主要種植作物為玉米和小麥,全部采用滴灌灌溉方式。

2 工程設計依據及原則

該滴灌工程設計的依據主要是相關的規范與規定,《灌溉與排水工程設計規范》（GB 50288-2018）、《節水灌溉工程技術規范》（GB/T 50363-2006）、《微灌工程技術規范》（GB/T 50485-2009）等。

3 滴灌工程設計

滴灌系統是由首部樞紐,輸配水管網,滴水器組成。首部樞紐包括、施肥罐、過濾器、控制與測量儀表等。滴灌工程的首部樞紐以一定的壓力將一定數量的水送入干管,然后輸配水管網將水均勻地輸送到滴水器,最后水流經過滴水器微小的孔道,以點滴的方式滴入土壤中,進行農業灌溉。滴灌是當地最有效的一種節水灌溉方式,可以提高農業灌溉用水的利用率。

3.1 滴灌工程設計參數選擇

根據項目區資料,多年平均降水量299.4 mm,蒸發量744.6 mm,日平均參照作物騰發量為6.0 mm/d；項目區土壤大部分為壤土,適合于各種農作物的種植。土壤田間持水量為24%,土壤容重為1.55 g/cm3；項目區地形坡度15‰～17‰,最大凍土深度為1.50 m。

項目區主要種植小麥和玉米。小麥株行距為15 cm×15 cm,滴灌帶鋪設采用一管五行,滴灌帶間距為0.8 m。玉米株行距為30 cm×45 cm,滴灌模式為一膜一管兩行,滴灌帶間距為0.9 m。

根據節水灌溉的相關規范以及滴灌技術發展所積累的經驗,該項目滴灌工程各項技術的參數確定見表1。

表1 滴灌工程設計參數的選用

3.2 滴灌工程管網布置

滴灌工程管網布置主要是將水源通過加壓泵的方式使其順利通過干管流入支管,然后直接進入滴灌管中[1]。根據沙灣縣當地地形條件以及農作物種植方向,項目區布置管網時采用魚骨形的方式,將干管深埋在地下,而支管留在地面。結合當地實際情況,項目區滴灌系統采用主干管和分干管兩級干管。主干管、分干管埋于地下1.6 m,即覆土厚度為1.6 m。

3.3 輪灌控制面積

項目區共規劃23 個滴灌系統,根據各系統的控制面積及種植作物面積計算所需供水流量,系統設計流量應盡量接近且不小于所需供水流量。項目區23個系統的控制灌溉面積A=48 hm2～137 hm2,系統所需水量Q=164 m3/h～468 m3/h。

4 滴灌工程管道設計

滴灌工程管道設計是重中之重,投資占比較大,合理的管材、管徑選取,管道布置是決定滴灌工程設計成功與否的關鍵。

4.1 管材選擇

以本次滴灌工程為例,地埋管材（干管和分干管）常用的是UPVC管和PE管,這兩種管材相比較,從造價方面考慮,UPVC管材料費用較低,PE管材料費用相對較高；從施工難易程度方面考慮,PE管的施工較復雜且安裝技術要求較高,安裝現場必須有施工電源用于熔化接頭,操作不當易引起漏水和接頭爆管。UPVC管安裝方便,安裝現場不需要電源,很少出現漏水或接頭爆裂情況。因此,本工程選用安全系數較高、施工技術難度低、造價較低的UPVC管道[2]。

地面支管常用管徑為de90、de110 和de125 三種PE管,結合當地運行管理水平和水力計算綜合比較,本工程支管選取de90 PE管。

灌水器的選擇,常用的灌水器有單翼迷宮式滴灌帶、壓力補償式滴灌帶、內鑲式滴灌帶。單翼迷宮式滴灌帶較適用于小麥、玉米等大田作物,對泥沙處理要求最低,但其工作壓力及范圍最窄、流量對壓力最敏感、對水溫的變化很敏感,需一年一換；壓力補償式滴灌帶較適用于樹木、經濟林灌溉,其工作壓力及范圍最寬、流量對壓力不敏感、對水溫的變化不敏感,但對泥沙處理要求最高,使用年限可達5 年；內鑲式滴灌帶除制造精度滿足國家行業規范外,其余均處于單翼迷宮式和壓力補償式之間[3]。如表2 所示,綜合比較后,單翼迷宮式滴灌帶更適合于項目區使用,且最能發揮其功能,本項目選擇單翼迷宮式滴灌帶。

表2 各類型滴灌帶性能參數表

4.2 極限孔數與極限長度

極限孔數與極限長度主要表現在地面支管及灌水器（毛管）上。灌水器（毛管）極限孔數可通過降比r及壓比G采用試算公式計算灌水器（毛管）順、逆坡時的極限孔數,其極限長度可根據極限孔數和灌水器滴頭間距計算得出。

支管極限孔數計算參照《微灌工程技術規范》采用如下公式計算：

式中：D為支管內徑,mm；k為水頭損失擴大系數,取1.1；q毛為毛管設計流量,取420 L/h；Se為毛管間距,0.8 m；Nm為支管極限孔數。

結合本工程項目計算結果Nm為157。

支管極限長度計算參照《微灌工程技術規范》采用如下公式計算：

式中：Nm為支管極限孔數,157；S0為支管進口至首孔的距離,0.2 m；Se為毛管間距,0.8 m。

結合本工程項目計算結果Lm為125 m。

4.3 水泵選型

在整個滴灌工程建設中,水泵的位置主要用于水源與首部樞紐之間,顯而易見,水泵的主要作用就是將水源中水抽到首部樞紐中,給各大輸水管提供水量；因此,水泵的選型需要結合水源的水量以及地區的用水情況綜合考慮。河水滴灌工程水泵適宜選用離心泵,應優先選用國優與部優產品以及獲得國家生產許可證的節能產品。

其次,水泵的流量與揚程應與滴灌系統設計流量和設計水頭基本一致,使其保持在高效率區穩定工作；項目區所選用的水泵型號應盡可能一致,便于運行管理和零件配換維修；在選型時也要同時考慮項目區附近供電情況,避免電機功率過大,供電沒有保障的情況發生。

5 結語

高標準農田建設是目前全疆乃至全國大力推行的惠民政策,通過田間滴管工程的建設,有效解決農田的干旱、灌水不均勻、施肥不到位、灌溉成本高等問題,從根本上緩解了水資源緊張的問題,隨著地下水資源保護力度的不斷加大,水資源的高效利用必將提高到一個新的高度,滴灌工程的實施定會發揮巨大作用。